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1、(10)申请公布号 CN 102497091 A(43)申请公布日 2012.06.13CN102497091A*CN102497091A*(21)申请号 201110443907.1(22)申请日 2011.12.26H02M 1/32(2007.01)H02M 7/48(2007.01)(71)申请人天津清源电动车辆有限责任公司地址 300457 天津市塘沽区天津经济技术开发区西区新业五街19号(72)发明人黄雷 窦汝振 赵春明(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所 12201代理人杜文茹(54) 发明名称电动车辆用三相逆变器容错电路(57) 摘要一种电动车辆用三相逆变器容错
2、电路，第一、第二和第三功率开关的一端通过母线电容C1、C2接地，第一、第二和第三功率开关的另一端对应连接第四、第五和第六功率开关的一端，第四、第五和第六功率开关的另一端接地，第一第六功率开关的触发端分别连接电机控制器，第一与第四功率开关的连接点连接电机A相绕组，第二与第五功率开关的连接点连接电机B相绕组，第三与第六功率开关的连接点连接电机C相绕组，电机A、B、C相绕组通过第一、二、三双向晶闸管连接在母线电容C1与C2的连接点上，第一、二、三双向晶闸管的触发端分别连接电机控制器。本实用新型由于四开关三相运行方式对电机绕组的接法没有限制，而且可以实现SVPWM控制，所需附加成本较小。(51)Int
3、.Cl.权利要求书1页 说明书3页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页1/1页21.一种电动车辆用三相逆变器容错电路，包括有第一第六功率开关(VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6)，母线电容C1，以及电机A相绕组、电机B相绕组、电机C相绕组，其特征在于，还设置有第一第三双向晶闸管(TRa、TRb、TRc)和母线电容C2，其中，所述的第一功率开关(VT1)、第二功率开关(VT2)和第三功率开关(VT3)的一端分别依次通过母线电容C1和母线电容C2接地，第一功率开关(VT1)、第二功率开关(VT2)和第三功率开
4、关(VT3)的另一端分别对应连接第四功率开关(VT4)、第五功率开关(VT5)和第六功率开关(VT6)的一端，所述的第四功率开关(VT4)、第五功率开关(VT5)和第六功率开关(VT6)的另一端接地，所述的第一第六功率开关(VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6)的触发端分别连接电机控制器，所述的第一功率开关(VT1)与第四功率开关(VT4)的连接点连接电机A相绕组，第二功率开关(VT2)与第五功率开关(VT5)的连接点连接电机B相绕组，第三功率开关(VT3)与第六功率开关(VT6)的连接点连接电机C相绕组，所述的电机A相绕组、电机B相绕组和电机C相绕组分别对应的通过第一双向晶闸管(T
5、Ra)、第二双向晶闸管(TRb)和第三双向晶闸管(TRc)连接在母线电容C1与母线电容C2的连接点上，所述的第一双向晶闸管(TRa)、第二双向晶闸管(TRb)和第三双向晶闸管(TRc)的触发端分别连接电机控制器。2.根据权利要求1所述的电动车辆用三相逆变器容错电路，其特征在于，还设置有第一熔断器(Fa)、第二熔断器(Fb)和第三熔断器(Fc)，所述的第一熔断器(Fa)、第二熔断器(Fb)和第三熔断器(Fc)分别对应的连接在电机A相绕组、电机B相绕组和电机C相绕组与对应的第一第六功率开关(VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6)之间的连接线上。权 利 要 求 书CN 102497091
6、A1/3页3电动车辆用三相逆变器容错电路技术领域0001 本发明涉及一种三相逆变器容错控制装置。特别是涉及一种具有在车用电机逆变器某相发生故障的容错能力，故障后运行在四开关三相运行方式的电动车辆用三相逆变器容错电路。背景技术0002 三相逆变器是电动车辆用永磁同步电动机控制系统中最常采用的功率变换器。然而，其中的功率半导体器件及其控制电路是最易发生故障的薄弱环节，其可靠性问题一直没有得到有效解决。电动车辆用电机驱动系统中功率变换器是驱动系统中最易发生故障的薄弱环节。功率变换器一旦发生故障，轻则将造成系统停机影响驾驶，重则造成灾难性事故。尽管人们为提高电动车辆电机驱动系统的可靠性而采取降额设计或
7、使用并联冗余元件等方法，但这会使系统造价过高，仅适用于空间条件许可的场合。0003 为了使车用永磁同步电机系统能在逆变器故障后具有持续或不间断运行能力，需要对其拓扑结构进行改进，实现容错重构及容错运行。在故障发生后首先对故障器件进行隔离，然后利用余下的开关器件在部分减容的情况下保持系统不间断运行。这种方式可以节约采用冗余方案带来的硬件成本，同时保证电动汽车在电机控制器逆变器发生故障时容错运行而不致停机，保证了整车的安全性及实用性。发明内容0004 本发明所要解决的技术问题是，提供一种无故障时所有的双向晶闸管均断开，系统通过六开关供电正常工作；当故障发生时，故障相开关器件被切除，同时触通连接电机
8、绕组和母线电压中点的双向晶闸管，使系统重构为两相四开关系统的电动车辆用三相逆变器容错电路。0005 本发明所采用的技术方案是：一种电动车辆用三相逆变器容错电路，包括有第一第六功率开关，母线电容C1，以及电机A相绕组、电机B相绕组、电机C相绕组，还设置有第一第三双向晶闸管和母线电容C2，其中，所述的第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的一端分别依次通过母线电容C1和母线电容C2接地，第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关的另一端分别对应连接第四功率开关、第五功率开关和第六功率开关的一端，所述的第四功率开关、第五功率开关和第六功率开关的另一端接地，所述的第一第六功率开关的触发端分别连接电机控
9、制器，所述的第一功率开关与第四功率开关的连接点连接电机A相绕组，第二功率开关与第五功率开关的连接点连接电机B相绕组，第三功率开关与第六功率开关的连接点连接电机C相绕组，所述的电机A相绕组、电机B相绕组和电机C相绕组分别对应的通过第一双向晶闸管、第二双向晶闸管和第三双向晶闸管连接在母线电容C1与母线电容C2的连接点上，所述的第一双向晶闸管、第二双向晶闸管和第三双向晶闸管的触发端分别连接电机控制器。0006 还设置有第一熔断器、第二熔断器和第三熔断器，所述的第一熔断器、第二熔断器说 明 书CN 102497091 A2/3页4和第三熔断器分别对应的连接在电机A相绕组、电机B相绕组和电机C相绕组与对
10、应的第一第六功率开关之间的连接线上。0007 本发明的电动车辆用三相逆变器容错电路，无故障时所有的双向晶闸管均断开，系统通过六开关供电正常工作；当故障发生时，故障相开关器件被切除，同时触通连接电机绕组和母线电压中点的双向晶闸管，使系统重构为两相四开关系统。由于四开关三相运行方式对电机绕组的接法没有限制，而且可以实现SVPWM控制，所需附加成本较小。附图说明0008 图1是本发明的电动车辆用三相逆变器容错电路的拓扑图；0009 图2是三相逆变器中A相桥臂发生故障后的容错拓扑图。具体实施方式0010 下面结合实施例和附图对本发明的电动车辆用三相逆变器容错电路做出详细说明。0011 本发明的电动车辆
11、用三相逆变器容错电路，具有在车用电机逆变器某相发生故障的容错能力，故障后运行在四开关三相运行方式。这种电路是将电机每相绕组各通过一个双向晶闸管与母线母线电容中点相连，故障发生后，首先将故障相隔离，然后触发相应的双向晶闸管，使故障相绕组端点与母线母线电容中点相连，故障后需要将控制策略改变为三相四开关控制策略。当某相发生故障时，采用四开关三相运行方式故障前三相逆变器正常工作，逆变器不触发。当由于四开关三相运行方式对电机绕组的接法没有限制，而且可以实现SVPWM控制，所需附加成本较小。0012 如图1所示，本发明的电动车辆用三相逆变器容错控制电路，包括有第一第六功率开关VT1、VT2、VT3、VT4
12、、VT5、VT6，母线电容C1，电机A相绕组、电机B相绕组、电机C相绕组，以及第一第三双向晶闸管TRa、TRb、TRc和母线电容C2，其中，所述的第一功率开关VT1、第二功率开关VT2和第三功率开关VT3的一端分别依次通过母线电容C1和母线电容C2接地，第一功率开关VT1、第二功率开关VT2和第三功率开关VT3的另一端分别对应连接第四功率开关VT4、第五功率开关VT5和第六功率开关VT6的一端，所述的第四功率开关VT4、第五功率开关VT5和第六功率开关VT6的另一端接地，所述的第一第六功率开关VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的触发端分别连接电机控制器，所述的第一功率开关VT1与第
13、四功率开关VT4的连接点连接电机A相绕组，第二功率开关VT2与第五功率开关VT5的连接点连接电机B相绕组，第三功率开关VT3与第六功率开关VT6的连接点连接电机C相绕组，所述的电机A相绕组、电机B相绕组和电机C相绕组分别对应的通过第一双向晶闸管TRa、第二双向晶闸管TRb和第三双向晶闸管TRc连接在母线电容C1与母线电容C2的连接点上，所述的第一双向晶闸管TRa、第二双向晶闸管TRb和第三双向晶闸管TRc的触发端分别连接电机控制器。0013 还设置有第一熔断器Fa、第二熔断器Fb和第三熔断器Fc，所述的第一熔断器Fa、第二熔断器Fb和第三熔断器Fc分别对应的连接在电机A相绕组、电机B相绕组和电
14、机C相绕组与对应的第一第六功率开关VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6之间的连接线上。0014 本发明的电动车辆用三相逆变器容错电路，当检测到某相开关短路故障后，电机说 明 书CN 102497091 A3/3页5控制器断开故障开关互补开关的驱动信号，以防桥臂直通短路，然后触发第一第三双向晶闸管TRa、TRb、TRc中对应的双向晶闸管导通，这样半侧母线母线电容、双向晶闸管、熔断器、短路故障功率开关形成一个回路，存储在母线电容中的能量熔断熔断器，故障开关从逆变器中隔离。同时必须先关断逆变器余下两管子再导通晶闸管，否则母线电容两端易出现直通短路。容错运行时只有四只管子供电，余下两管需保证
15、一直处于关断状态。0015 第一功率开关VT1或第二功率开关VT2故障后的容错拓扑如图2所示，当检测到开关故障后，控制器断开故障开关互补开关的驱动信号，以防桥臂直通短路，然后触发第一双向晶闸管TRa导通，故障第一功率开关VT1或第二功率开关VT2所在桥臂从逆变器中被隔离。0016 通过第一双向晶闸管TRa、第二双向晶闸管TRb也能保护发生在逆变器桥臂与双向晶闸管端的某相开路故障；当发生某一开关开路故障时，只需将它的互补开关断开，将第一双向晶闸管TRa、第二双向晶闸管TRb中对应的双向晶闸管触发导通即可。0017 本发明的电动车辆用三相逆变器容错控制电路采用低成本的晶闸管、熔丝即可以有效地对三相逆变器功率开关故障进行容错。说 明 书CN 102497091 A1/2页6图1说 明 书 附 图CN 102497091 A2/2页7图2说 明 书 附 图CN 102497091 A
